Robert Smit promoveerde cum laude. ‘Ik ben blij dat ik weer in het lab sta.’
Een volledig optische transistor, een sensor ter grootte van een molecuul en een nieuw soort enkele-fotonenbron voor quantumcommunicatie. Allemaal gedroomde toepassingen van fundamentele natuurkunde die dankzij Robert Smit een stapje dichterbij komen. Op 12 juni verdedigde hij zijn proefschrift cum laude.
Smit deed zijn promotieonderzoek in de groep van Michel Orrit, waar onderzoekers met behulp van enkele moleculen een wereld aan natuurkunde blootleggen. ‘Eigenlijk kun je wel zeggen dat ik aan drie verschillende projecten werkte’, lacht de promovendus. ‘Je mag telkens nieuwe dingen leren als onderzoeker, het voelt haast als een hobby.’
Extreem snelle én zuinige transistoren
Alleen al in je smartphone zitten miljarden transistoren. Deze schakelaartjes laten energie door of houden het tegen. Als we die nog efficiënter kunnen maken, heeft dat een flinke impact. ‘Zo ver zijn we nog niet, maar Michel werkt al vijftienjaar aan de droom om een volledig optische transistor te maken’, vertelt Smit. ‘Die zou extreem snel en zuinig zijn.’
Smit bracht hiervoor een molecuul in een specifieke energietoestand, een zogenaamde triplet-toestand. Als die terugvalt naar de grondtoestand, komt er een heel klein beetje energie vrij door een uitgezonden foton. ‘Dat heet fosforescentie en is precies wat ik wilde detecteren. Het molecuul straalt daarbij heel zwak licht uit over een wat langere tijd. Een beetje zoals glow-in-the-dark sterren op veel kinderkamers. Om dat signaal te meten moest ik al het omgevingslicht blokkeren, dus mijn opstelling was helemaal afgeschermd met doeken. Het vinden van die fosforescentie was wel een heel tof moment in mijn PhD.’
Toch is er nog een hoop werk nodig. ‘We moeten het molecuul nog op een efficiëntere manier in de tripletstaat krijgen. Bovendien koelen we de hele boel nu nog tot vier graden Kelvin, niet heel handig voor alledaagse technologieën.’
Een miniscule sensor en bron van enkele fotonen
‘In mijn tweede project maakte ik een microsensor waarbij een enkel molecuul een elektrisch veld kan detecteren’, legt de onderzoeker uit. ‘Dat is mogelijk, omdat het spectrum van een molecuul met een beetje positieve lading aan één kant en negatieve aan de andere (een dipool) verschuift in een elektrisch veld. Je kunt zo op veel kleinere schaal veranderingen in het elektrische veld meten dan met bestaande sensors, echt op moleculair niveau. Wie weet kan dat ooit toegepast worden om bijvoorbeeld fotovoltaïsche cellen uit zonnepanelen efficiënter te maken.’
Voor zijn derde project experimenteerde Smit met het plaatsen van een molecuul op een 2D-materiaal, zoals grafeen. ‘Als je dat verhit, blijk je een bron van enkele fotonen te krijgen die niet van elkaar te onderscheiden zijn. Zulke fotonen zijn belangrijk voor onderzoek naar quantumcommunicatie en -netwerken bijvoorbeeld.’
Na een uitstapje in het bedrijfsleven terug naar onderzoek
Zijn promotor Orrit is zeer te spreken over zijn werk. ‘Robert is een zeer onafhankelijke onderzoeker, die zijn experimenten grotendeels alleen heeft ontworpen en uitgevoerd. Onze interactie was meer een discussie met een collega dan de supervisie van een doorsnee promovendus. Ik kijk met veel plezier terug op onze samenwerking.’ Smit had de cum laude-kwalificatie niet verwacht. ‘Dat was wel echt de kers op de taart. Ik heb na mijn master eerst een tijdje in de financiële sector gewerkt. Dat was voor mij uiteindelijk niet zo vernieuwend en uitdagend als onderzoek’, reflecteert Smit op zijn carrière. ‘Ik ben blij dat ik weer in het lab sta. Ik kan mijn nieuwsgierigheid hier helemaal in kwijt.’